CN116148992B - 一种硅光器件的耦合方法及硅光器件和光芯片装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种硅光器件的耦合方法及硅光器件和光芯片装置。一种硅光器件的耦合方法包括：S10、将硅光芯片安装于电路板的预设位置；S20、在跳线的一端分别连接通道光源和光功率计，在其另一端连接阵列光纤组件；S30、利用阵列光纤组件的连接头与硅光芯片进行预耦合对接，在预耦合对接过程中不断调整阵列光纤组件的连接头与硅光芯片的对接维度；S40、当光功率计的接收光功率≥预设耦合阈值时，完成阵列光纤组件与硅光芯片的耦合。本发明提供的硅光器件的耦合方法具有对准耦合效率高、耦合效果好、易于组装和维护的优点。

Description

一种硅光器件的耦合方法及硅光器件和光芯片装置

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种硅光器件的耦合方法及硅光器件和光芯片装置。

背景技术

在光通信技术领域，光模块作为光通信设备的关键部件，其速率和阵列度也越来越高。但若光模块仍然采用传统设计，功率密度将不断增大，从而使散热要求也越来越高。而硅光技术的出现，基于其低功耗、高阵列的特点，将大大降低规模化商业化阵列电路得成本。因此，芯片可以实现高速、大容量的片上光通信，从而满足日益增长的对光通信系统低功耗、廉价和高速等需求。

目前，高速光模块采用硅光芯片实现信号调制和光电转换功能是一种主流方案。由于硅光芯片与阵列光纤组件（FA组件）耦合时，仅通过完成物理对接难以判断耦合是否成功，同时阵列光纤组件的多路光纤需要与硅光芯片的多路波导一致耦合到位才能确保耦合成功，从而存在耦合对接失败的风险，或存在全部耦合时的组装困难，进而造成耦合效率低下。另外，硅光芯片不能阵列发光单元，现有技术一般是紧邻硅光芯片设置两路激光路光源，通过外置发光单元为硅光芯片提供光源，但紧邻的激光光源将导致热量聚集，不利于器件散热，还易影响器件的性能。

发明内容

根据目前硅光器件存在耦合效率低下、耦合对准率不够的技术问题，本发明提出了一种硅光器件的耦合方法及硅光器件和光芯片装置，具有对准耦合效率高、耦合效果好、易于组装和维护的优点。

第一方面

本发明提供了一种硅光器件的耦合方法，所述耦合方法包括以下步骤：

S10、将硅光芯片安装于电路板的预设位置；

S20、在跳线的一端分别连接通道光源和光功率计，在其另一端连接阵列光纤组件；

S30、利用阵列光纤组件的连接头与硅光芯片进行预耦合对接，在预耦合对接过程中不断调整阵列光纤组件的连接头与硅光芯片的对接维度；

S40、当光功率计的接收光功率≥预设耦合阈值时，完成阵列光纤组件与硅光芯片的耦合。

具体的，本发明的构思之一在于光功率计结合通道光源，在阵列光纤组件的连接头和硅光芯片耦合过程中进行耦合检测，确保阵列光纤组件与硅光芯片的100%耦合。其中，所述预设耦合阈值是阵列光纤组件和硅光芯片完全耦合可接受的最小光功率。因此，在硅光器件耦合组装的过程中，通过上述步骤可以一次实现阵列光纤组件与硅光芯片的耦合成功，保证成品率。

进一步的，在步骤S30中利用阵列光纤组件的连接头与硅光芯片进行预耦合对接时，先通过连接头最外侧的两路光纤与硅光芯片对应设置在最外侧的两路环路波导进行辅助耦合。

具体的，本发明的又一构思在于通过辅助耦合的方式极大提高阵列光纤组件与硅光芯片的耦合效率。虽然通过光功率计可以检测阵列光纤组件与硅光芯片的耦合程度，但却无法改善阵列光纤组件与硅光芯片的耦合效率。就本发明而言，阵列光纤组件优选有12路光纤，硅光芯片也对应内置有12路波导，在进行12路光纤与12路波导完全耦合对准的过程中因为耦合光纤与波导的路线较多，任一路出现卡滞或没完全完成耦合都将影响光功率计检测到的接受光功率，从而最终影响器件的完全耦合。而硅光芯片的环路波导为辅助波导环绕而成，并将辅助波导两端的波导口置于12路波导的最外侧，而阵列光纤组件的12路光纤通过最外侧的两路光纤与所述硅光芯片的环路波导进行辅助耦合，然后顺次完成12路光纤与12路波导的同一耦合，从而提高阵列光纤组件与硅光芯片的耦合效率以及降低废平率。

进一步的，一种硅光器件的耦合方法还包括步骤S41、当光功率计的接收光功率＜预设耦合阈值时，返回执行步骤S30。

具体的，通过步骤41完成耦合操作的修正，在阵列光纤组件与硅光器件的耦合过程中，阵列光纤组件的连接头的维度将不断进行调整，以此获取可被接受的连接头的维度，结合光功率计的判断作用，最终完成阵列光纤组件和硅光器件的耦合操作。

在一些实施例，在完成阵列光纤组件与硅光芯片的耦合后，还包括以下步骤：

S50、将通讯板连接至电路板，将连接头设置的插接线与激光器件进行对接；

S60、先采用通讯板给激光器件加电，再通过通讯板读取硅光芯片的监控探测器的光功率数值，当光功率数值≥预设光源光功率时，固定插接线与激光器件的连接。

具体的，虽然通过光功率计检测的方式提升了阵列光纤组件与硅光芯片的耦合成功率，但却无法解决插接式激光器件的耦合有效率。实际上，本发明的激光器件设置有两组，并采用对称分布的方式设置在阵列光纤组件的两侧，以降低两组激光器件的热聚集，保证硅光器件的散热满足实用需求。同时，激光器件采用与阵列光纤组件的连接头插接的方式提升硅光器件的组装效率。然而插拔式连接激光器件的方式可能产生激光器件耦合不到位，导致硅光芯片接受的光功率不足的情形。因此，步骤S60通过预设光源光功率可以有效解决激光器件插拔时带来激光器件与连接头耦合不足的情形。其中，所述预设光源光功率为硅光芯片正常工作可接受的最小光功率。

第二方面

本发明提供了一种硅光器件，主要用于实现第一方面提出的任一实施例。所述硅光器件包括：阵列光纤组件、硅光芯片、激光器件和电路板；

所述硅光芯片设置于所述电路板，所述阵列光纤组件的连接头与所述硅光芯片连接；

所述激光器件沿所述硅光芯片对称分布，设置于所述电路板，并为所述硅光芯片提高激光光源。

具体的，本发明的构思之一是在于，通过硅光器件结构的优化，降低硅光器件耦合组装和维护的难度。在硅光器件耦合组装过程中，阵列光纤组件和硅光芯片的耦合对准直接关系硅光器件的质量和组装效率。本发明通过阵列光纤组件的连接头的外侧波导接口与所述硅光芯片最外侧设置的辅助波导直接连接，以提升阵列光纤组件与硅光芯片连接的简便性和可维护性。硅光芯片的辅助波导主要用于硅光芯片内的辅助耦合，在用作阵列光纤组件和硅光芯片连接的辅助引导时，可提升阵列光纤组件与硅光芯片的连接效率，同时可顺利完成硅光芯片内侧波导的连接，提高硅光器件与芯片插接口的耐用性和使用寿命。另外，两路激光器件沿硅光芯片对称式分布的方式也可以降低两路激光光源的热聚集，从而减少热聚集对硅光器件的热影响，保证器件的性能。

易于理解的是，跳线、通道光源和光功率计主要用于阵列光纤组件与硅光芯片耦合时采用的测试器件。基于第一方面任一实施例提供的一种硅光器件的耦合方法，在完成阵列光纤组件的耦合之后，跳线可从硅光器件拆除。

进一步的，本发明提供的一种硅光器件，还包括：通讯板；

所述通讯板与电路板连接，设置于电路板远离所述阵列光纤组件的另一端。

进一步的，所述硅光芯片内部设置有监控探测器，通过所述通讯板可读取监控探测器的光功率数值。

具体的，通讯板结合所述硅光芯片内部设置的监控探测器，可提升激光器件在与连接头耦合的可靠性。

进一步的，所述阵列光纤组件的连接头的光纤与硅光芯片的波导相适配，且连接头最外侧的两路光纤与所述硅光芯片的最外侧的两路环路波导进行对接。

进一步的，所述阵列光纤的连接头设置有激光插接线；

所述激光插接线的一端通过连接头的内部结构与硅光芯片的光输入波导对接，其另一端通过插拔的方式与激光器件连接。

具体的，激光器件通过插补的方式，可加易于整个硅光器件的组装和维护，提升组装效率。

第三方面，本发明提供了一种光芯片组件，包括如第二方面任一可能的实施例提供的一种硅光器件。

综上所述，本发明提供的一种硅光器件的耦合方法及硅光器件和光芯片装置至少具备以下优点：1、通过阵列光纤组件和硅光芯片的结构设计，结合光功率计提供的耦合方法解决了现有技术芯片的辅助耦合通道是相邻的或相近的，无法保证较远通道的对准精度，耦合程度不够的问题，进而提高阵列光纤组件和硅光芯片的耦合效率；2、在耦合两路及以上激光光源的硅光器件中，由于激光光源包含激光器贴片、准直透镜耦合、汇聚透镜耦合和隔离器耦合，将产生较大的热量聚居，对称式设计的激光器件，可以提高硅光器件的散热效率；3、激光器件采用插拔式的方式与阵列光纤组件连接，可以降低激光器件返修难度。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1本发明实施例提供的一种硅光器件的耦合方法流程示意图；

图2本发明实施例提供的一种硅光器件的耦合方法的又一流程示意图；

图3本发明实施例提供的一种硅光器件的结构示意图；

图4本发明实施例提供的一种硅光器件进行耦合测试时的结构示意图；

100、阵列光纤组件；101、连接头；1011、辅助光纤；200、硅光芯片；201、环路波导；300、激光器件；301、第一激光插接线；302、第二激光插接线；400、电路板；500、跳线；600、通讯板；701、通道光源；702、光功率计。

具体实施方式

下面结合附图1至4，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1所示，图1本发明实施例提供的一种硅光器件的耦合方法流程示意图。

具体的，本发明提供的硅光器件的耦合方法至少包括以下步骤，

S10、将硅光芯片安装于电路板的预设位置；电路板设置有硅光芯片的安装凹槽，硅光芯片通过胶水贴片安装在电路板。

S20、在跳线的一端分别连接通道光源和光功率计，在其另一端连接阵列光纤组件；其中通道光源用于给阵列光纤组件提供光源，光功率计接收光功率，所述跳线用于连接通道光源、光功率计和阵列光纤组件。

S30、利用阵列光纤组件的连接头与硅光芯片进行预耦合对接，在预耦合对接过程中不断调整阵列光纤组件的连接头与硅光芯片的对接维度；在阵列光纤组件和硅光芯片预耦合过程中，不断调整阵列光纤组件的连接头与硅光芯片的对接维度，同时观察光功率计的显示情况。

S40、当光功率计的接收光功率≥预设耦合阈值时，完成阵列光纤组件与硅光芯片的耦合；即在光功率计接收的光功率≥预设耦合阈值时，固定阵列光纤组件，完成阵列光纤组件的连接头与硅光芯片的耦合。基于本实施例提供的耦合方法，可以顺利完成阵列光纤组件与硅光芯片的对准耦合，耦合成功率100%。

进一步的，在步骤S30中利用阵列光纤组件的连接头与硅光芯片进行预耦合对接时，先通过连接头最外侧的两路光纤与硅光芯片对应设置在最外侧的两路环路波导进行辅助耦合。

本发明在提高阵列光纤组件和硅光芯片耦合对准率的同时，还采用辅助耦合的方式提高一次耦合成功率。由于阵列光纤组件的多路光纤需要与硅光芯片的多路波导均耦合成功，最外侧辅助耦合的方式，将缩减不断调整阵列光纤组件连接头维度的次数，进而提高阵列光纤组件和硅光芯片的耦合效率。

需要说明的是，跳线、通道光源和光功率计在阵列光纤组件和硅光芯片完成耦合后，需要进行拆除。

请参见图2所示，图2本发明实施例提供的一种硅光器件的耦合方法的又一流程示意图。

本发明提供一种硅光器件的耦合方法还包括步骤S41、当光功率计的接收光功率＜预设耦合阈值时，返回执行步骤S30，进而提高阵列光纤组件与硅光芯片耦合的容错率。

进一步的，在完成阵列光纤组件与硅光芯片的耦合后，还包括以下步骤：

S50、将通讯板连接至电路板，将连接头设置的插接线与激光器件进行对接；易于理解的是，激光器件上提供了插接线的接口，连接头上的插接线一端连接其内部的光纤，另一端用于与激光器件的接口连接，而插接线内部连接的光纤则对应硅光芯片的光输入波导；

S60、先采用通讯板给激光器件加电，再通过通讯板读取硅光芯片的监控探测器的光功率数值，当光功率数值≥预设光源光功率时，固定插接线与激光器件的连接。

基于上述步骤，两路激光器件是对称分布于阵列光纤组件两侧的，可以避免热聚集。同时，激光器件设置有接口，利用插接的方式实现激光器件快速连接，并采用通讯板对激光器件连接的有效性进行验证，大大提高硅光器件耦合的可靠性。

请参见图3所示，图3本发明实施例提供的一种硅光器件的结构示意图。

具体的，本发明提供的一种硅光器件至少包括阵列光纤组件100、硅光芯片200、激光器件300和电路板400。

所述硅光芯片200和激光器件300安装于电路板400上。激光器件300至少包括两组，对称设置于电路板400。两组激光器件300设置有接口，而阵列光纤组件100的连接头101设置的第一激光插接线301和第二激光插接线302分别与两路激光器件300连接。

其中，阵列光纤组件100优选为MPO-12组件，硅光芯片200设置有12路波导，MPO-12组件最外侧的辅助光纤1011与硅光芯片200的12路波导最外侧的环路波导201进行辅助耦合。由于，MPO-12组件与硅光芯片200采用外侧辅助波导耦合的方式，可在辅助波导对准的情形下，一次性完成硅光芯片200所有12路波导的直接耦合。而阵列光纤组件100的连接头101提供有激光器件300插接的激光插接口，激光插接口与硅光芯片200的光源输入波导对齐，从而激光器件300可通过插拔的方式直接与连接头101连接，而不用额外考虑激光器件300与硅光芯片200的耦合问题，从而大大方便本发明提供的硅光器件的组装和维护作业。

请参见图4所示，图4本发明实施例提供的一种硅光器件进行耦合测试时的结构示意图。

具体的，为了进一步解释硅光器件在耦合过程中的耦合方法，将硅光器件外额外的装置纳入图4进行解释说明。

跳线500为MPO12-2FC跳线500，设置有两路光纤，该光纤与电路板400提供的光路耦合联通，两路光纤分别与通道光源701和光功率计702连接。在FA组件100的连接头101最外侧的辅助光纤与硅光芯片200的12路波导最外侧的两路辅助波导耦合时，可通过光功率计702来检验FA组件100与硅光芯片200的耦合程度，从而极大的提高了硅光器件的耦合准确度。同时，跳线500、通道光源701和光功率计702可构造成一体件，方便阵列光纤组件100与硅光芯片200的耦合监测。

另外，电路板400还与通讯板600连接，通讯板600可读取硅光芯片200内监控探测器的数值，从而对激光器件300连接的有效性进行检测，提高硅光器件耦合的整体可靠性。

基于上述提供的一种硅光器件，本发明还提供了一种光芯片装置，包括图3提供的任一可能的硅光器件。

以上对本发明进行了详细介绍，本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种硅光器件的耦合方法，其特征在于，所述耦合方法包括以下步骤：

S10、将硅光芯片安装于电路板的预设位置；

S20、在跳线的一端分别连接通道光源和光功率计，在其另一端连接阵列光纤组件；

S30、利用阵列光纤组件的连接头与硅光芯片进行预耦合对接，在预耦合对接过程中不断调整阵列光纤组件的连接头与硅光芯片的对接维度；

S40、当光功率计的接收光功率≥预设耦合阈值时，完成阵列光纤组件与硅光芯片的耦合；

在步骤S30中利用阵列光纤组件的连接头与硅光芯片进行预耦合对接时，先通过连接头最外侧的两路光纤与硅光芯片对应设置在最外侧的两路环路波导进行辅助耦合。

2.如权利要求1所述一种硅光器件的耦合方法，其特征在于，还包括步骤S41、当光功率计的接收光功率＜预设耦合阈值时，返回执行步骤S30。

3.如权利要求1-2任一项所述一种硅光器件的耦合方法，其特征在于，在完成阵列光纤组件与硅光芯片的耦合后，还包括以下步骤：

S50、将通讯板连接至电路板，将连接头设置的插接线与激光器件进行对接；

S60、先采用通讯板给激光器件加电，再通过通讯板读取硅光芯片的监控探测器的光功率数值，当光功率数值≥预设光源光功率时，固定插接线与激光器件的连接。